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Warum sind Wasser und Dampf bei überkritischem Druck nicht zu unterscheiden? Erkunden Sie dieses erstaunliche Phänomen!
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie haben sich die Methoden zur Energieerzeugung schrittweise weiterentwickelt. Überkritische Dampferzeuger sind dabei zu einem wichtigen Bereich der heutigen Stromerzeugungsindustrie geworden. Überkritische Dampferzeuger erhalten aufgrund ihrer hohen Effizienz und ihres relativ geringen Brennstoffverbrauchs viel Aufmerksamkeit, doch die Prinzipien, die ihnen zugrunde liegen, sind faszinierend, insbesondere weil in diesem Umfeld die Grenzen zwischen Wasser und Dampf verschwimmen.
Temperatur und Druck von überkritischem Wasser machen es unmöglich, klar zwischen flüssigem Wasser und gasförmigem Dampf zu unterscheiden. Dieses Phänomen stellt unser grundlegendes Verständnis von Phasen in Frage.
Im überkritischen Zustand nimmt die Dichte des Wassers mit zunehmendem Druck allmählich ab, ohne dass ein Phasenwechsel stattfindet, wodurch Wasser und Dampf physikalisch nicht mehr zu unterscheiden sind. Der überkritische Zustand hat einen bestimmten kritischen Punkt: Über einer Temperatur von 374 °C (705 °F) und einem Druck von 22 MPa (3200 psi) verhält sich Wasser ganz anders als in seinem normalen flüssigen oder gasförmigen Zustand.
Derartige Eigenschaften ermöglichen überkritischen Dampferzeugern einen höheren thermischen Wirkungsgrad während des Stromerzeugungsprozesses. Gemäß dem Carnot-Theorem wird die Effizienz der Energieumwandlung unter Hochtemperaturbedingungen deutlich verbessert. Wenn Dampf durch eine Hochdruckturbine geleitet wird, erhöht sich deren Effizienz bei der Umwandlung in mechanische Energie erheblich, was die Stromerzeugung erleichtert.
Durch die Konstruktion des überkritischen Dampferzeugers werden die Risiken herkömmlicher Kessel während des Phasenwechselprozesses wirksam vermieden, was zu einer deutlich verbesserten Sicherheit führt.
Die Geschichte dieser Technologie reicht bis ins Jahr 1922 zurück, als Mark Benson, ein Pionier der überkritischen Dampftechnologie, aufgrund aufkommender Sicherheitsbedenken das Konzept der Umwandlung von Wasser unter hohem Druck in Dampf vorschlug. Frühere Dampferzeuger waren typischerweise für relativ niedrige Drücke ausgelegt und neigten zu Unfällen wie Explosionen. Bensons Design minimiert diese Risiken jedoch.
Da sich die Benson-Technologie ständig weiterentwickelt, ersetzen moderne Benson-Kessel mit variablem Druck nach und nach die ursprüngliche Bauweise und ermöglichen so eine effizientere Stromerzeugung. Im Jahr 1957 wurde im Philo-Kraftwerk im US-Bundesstaat Ohio erstmals überkritischer Dampf kommerziell genutzt und damit ein neues Kapitel in der weltweiten Energieproduktion aufgeschlagen.
Erst im Jahr 2012 wurde in den USA das erste Kohlekraftwerk in Betrieb genommen, das für den Betrieb bei überkritischen Temperaturen ausgelegt war, was die allmähliche Reife der Technologie demonstrierte.
Heute wird die überkritische Dampftechnologie nicht nur in herkömmlichen Kohlekraftwerken eingesetzt, sondern findet auch zunehmend Anwendung in Produkten für erneuerbare Energien. So gelang es beispielsweise der australischen Agentur CSIRO im Jahr 2014, mithilfe von Solarthermie überkritischen Dampf zu erzeugen und damit einen historischen Rekord aufzustellen. Dies bedeutet, dass sich der Anwendungsbereich von überkritischem Wasser ständig erweitert.
Welche Auswirkungen wird also die Zukunft der überkritischen Technologie auf unser Verständnis von Energie und unseren Umgang damit haben? Können wir in dieser sich verändernden Welt sicherere und effizientere Energielösungen finden?
